大氣CO2濃度升高條件下稻米品質變劣的成因及其調控

《大氣CO2濃度升高條件下稻米品質變劣的成因及其調控》是依託揚州大學，由楊連新擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大氣CO2濃度升高條件下稻米品質變劣的成因及其調控
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊連新
• 依託單位：揚州大學

項目摘要

持續迅速上升的大氣二氧化碳（CO2）濃度是全球變暖最大的驅動因子，同時作為光合作用底物直接影響作物的產量和品質。水稻是我國第一大糧食作物。相比產量研究，人們對高濃度CO2環境下米質變化的認知甚少，且已有研究表明高濃度CO2條件下稻米品質總體變劣。因此，定量研究高濃度CO2環境下大田水稻米質變化特點及其對策已經成為迫切需要解決的重要科學問題。本項目將依託中國農田開放式空氣CO2濃度增高（FACE）技術平台和人工氣候室，模擬本世紀中葉大氣CO2濃度（約550 ppm），系統研究大田水稻加工、外觀、蒸煮/食味以及營養品質對高濃度CO2的回響，評估品種、氮肥、密度、水分、氣象因子以及不同氣體熏蒸方式對CO2效應的影響，揭示稻米品質回響的生理基礎，探索未來高濃度CO2情形下稻米品質改良的途徑和方法。這一前瞻性研究將為未來高濃度CO2背景下我國稻作生產選育適宜品種和制訂栽培對策提供重要信息。

結題摘要

持續迅速上升的大氣CO2濃度是全球變暖最大的驅動因子，同時作為光合作用底物直接影響作物的產量和品質。水稻是我國第一大糧食作物。相比產量研究，人們對高CO2濃度下米質變化的認知甚少，且已有研究表明高CO2濃度條件下稻米品質總體變劣。因此，定量研究高CO2濃度環境下大田水稻米質變化特點及其對策成為迫切需要解決的重要科學問題。本項目利用開放式空氣中CO2濃度增高（FACE，Free Air CO2 Enrichment）系統平台和人工氣候室，模擬本世紀中葉大氣CO2濃度（約550 μmol•mol-1），系統研究稻米品質對高CO2濃度的回響及其影響因子。主要結果表明，高CO2濃度使不同水稻精米蛋白質濃度、必需和非必需胺基酸總量及其組分均顯著下降，但蒸煮米硬度和粘性呈增加趨勢，變幅因品種而異。高CO2濃度環境下雜交稻稻米鋅含量下降且生物有效性降低，但常規水稻無明顯變化。伴隨大氣中CO2濃度的上升，地表臭氧濃度和空氣溫度亦在增高。氣室研究表明，大氣CO2濃度升高多數情形下可以或部分可以抵消地表臭氧濃度升高（約增60%）對雜交稻生長和品質的負面影響。對常規稻的T-FACE（Temperature-FACE）試驗發現，高CO2濃度對稻米品質的影響可能大於同期的氣溫升高（約增1oC）；未來高CO2濃度和高溫環境下生長的稻米，儘管加工品質、外觀品質和營養品質有變劣的趨勢，但食味品質可能變好。研究還發現，高CO2濃度使稻米大澱粉粒（直徑＞5 μm）所占的百分比增加，而使小澱粉粒所占（直徑＜5 μm）的百分比減少，這些變化以及蛋白質的回響可能在FACE稻米的堊白形成過程中起著重要作用。上述結果可增強我們對氣候假定情景下水稻回響的預測能力，進而更加有效地制訂出應對氣候變化的適應策略。項目實施期間在國內外重要期刊發表標註基金資助的相關論文22篇（SCI收錄4篇）、研究生學位論文6篇。培養博士後1名、博士研究生3名、碩士生7名。